农药污染土壤的微生物修复研究进展①
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关键词 微生物修复；农药污染；土壤；研究进展 中图分类号 Q939.96
化学农药作为保障农业丰收的重要手段，在农 业生产中发挥着非常重要的作用。然而，由于人们 长期的不科学用药，剧毒、高残留、难降解农药的 大量使用，我们面临着不断增加的土壤、地下水和 大气农药污染的环境问题[1~3]。国家质检总局公布的 最新数据显示，目前我国农药年产量已达40万t，居 世界第2位（全世界12亿磅，1997年）。我国农业防 治约需农药25万t，而农药的利用率只有10%~20%， 其余进入农作物、土壤。2000年太湖流域农田土壤 中15种多氯联苯同系物检出率为100%，六六六、DDT 超标率为28%和24%，上海市郊区农田中的DDT含 量严重超标，南京市菜地土壤中六六六和DDT的检 出率为100%。据统计，我国被污染的土壤面积已达 到1300万~1600万hm2，经济损失达10亿元之巨。夏 威夷耕地土壤中同样也发现禁用了15年的七氯和七 氯环氧化物严重超标[4]。由此可见，世界各地土壤 中的农药污染问题已经到了非常严重的地步。
2001年联合国环境规划署（ UNEP）通过的《关 于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》列出了12 种优先控制持久性有机污染物（POPs），其中农药 占了9种（艾氏剂、六氯代苯、氯丹、灭蚁灵、狄氏 剂、毒杀芬、DDT、异狄氏剂、七氯）；另外，20 种被列为潜在持久性有机污染物中农药也占据了大 部分[5]。这些农药等持久性有机污染物质具有典型 的憎水亲脂特性，易吸附于土壤颗粒，在环境中长 期存在。土壤农药污染直接导致农产品中农药超标， 产品品质下降。据2000年国家质检总局数据，全国 47.5%的蔬菜农药残留超标，因农残超标被退回的出 口农产品金额来自74亿美元。另一方面，土壤中农药
DOI:10.13758/ki.tr.2004.06.001
土 壤 (Soils), 2004, 36 (6): 577~583
农药污染土壤的微生物修复研究进展①
李顺鹏 蒋建东
( 南京农业大学农业部农业环微生物工程重点开放实验室 南京 210095 )
摘 要 本文介绍了土壤中农药污染的现状与危害，总结了土壤农药污染的微生物修复的历史背景、研究 现状，重点介绍了降解农药的微生物与农药污染土壤微生物修复的研究进展，并总结了国内外微生物修复的产业 化现状，对土壤农药污染微生物修复进行了预测和展望，指出了需要进一步研究的领域。
①国家 ８６３ 项目（２００３ＡＡ２４１１５０）资助。
578
土
壤
第 36 卷
“on-site bioreclamation”两本论文集，标志着以生物 修复为核心的环境生物技术进入了一个全新的发展 时期。
微生物代谢方式丰富多样，底物范围广，从复 杂的有机大分子如纤维素、木质素甚至包括人造的 高聚化合物尼龙到简单无机小分子如 H2 和 CO2。作 为生态系统的重要成员，微生物必将在污染物的去 除中发挥重要的作用，成为生物修复中的主力军。
２ 降解农药的微生物及其研究
２．１ 降解农药的微生物
农药的微生物降解研究从最早的有机氯农药 DDT 开始已有几十年的历史。世界各国的科研工作 者分离筛选了大量的降解性微生物[10]，国内的研究 工作者也在这方面做了大量工作[11,12]，南京农业大 学分离鉴定了多株高效降解菌株[13~15]，建立了目前 我国农药微生物降解最大的菌株种质资源库。
that degrade various pesticides
农药 Acifluorfen 甲草胺 Aldicarb 阿特拉津 阿特拉津[ 呋喃丹 2-(1-甲基-正丙基) -4, 6-二硝基苯酚 2,4-D DDT 伏草隆 林丹 利谷隆 甲基对硫磷 对硫磷 Pendimethaline
敌稗
氟乐灵
微生物 Pseudomonas fluorescens Pseudomonas sp. Achromobacter sp. Pseudomonas sp. Rhodococcus sp. Achromobacter sp. Clostridium sp.
已报道的能降解农药的微生物包含细菌、真菌、 放线菌、藻类等,大多数来自于土壤微生物类群（表 1）。细菌由于其生化上的多种适用能力以及容易诱 发突变等特性从而占了主要的地位,其中假单胞菌 属菌株是最活跃的菌株，对多种农药等化合物有分
表１ 分离的降解农药的微生物［１６－ ２５］ Table 1 Examples of pure cultures of microorganisms
污染严重威胁到人和动物的健康，将通过食物链在 脂肪中积累，导致免疫系统、荷尔蒙、生殖系统疾 病和诱发癌症[6]。我国每年因农药残留急性毒性就 造成80多人的死亡和800多人中毒事件。农药残留导 致的间接的生态环境破坏的损失更加无法估量。
鉴于农药残留的持久性、农药施用的普遍性和农 药污染的严重性，土壤农药污染的修复成为必须解 决的重大问题，引起了众多科研工作者的高度关注。
１ 农药污染的微生物修复背景
农药污染的修复一般有物理、化学和生物修复 等方法，但通过像焚烧、填埋等物理-化学方法处理 被认为是逻辑上不可行、昂贵或是环境不友好的方 式 [7] 。 尽 管 矿 化 环 境 异 生 物 质 （ xenobiotic coumpounds）的微生物占总体微生物的比例并不很 大，然而对于像土壤和地下水污染的原位修复，应 用生物学的方法是非常具有潜力和竞争力的[8]。
早在 20 世纪 50 年代,Cornell 大学任教的 Martin Alexander 与他的学生就针对《寂静的春天》出版后 人们对环境中农药污染和残毒问题的关注而展开了 农药在土壤中可降解性的研究,为后来生物技术在 环境保护中的应用打下了坚实的基础。生物修复 （Bioremediation）是指利用微生物或其他生物将存 在于土壤、地下水和海洋中的有毒、有害污染物降 解为二氧化碳和水或转化为无害物质的系统，与物 理化学方法相比，被公认为是一种有效、安全、廉 价和无二次污染的方法[9]。1991 年 3 月，第一届原 位生物修复（in situ bioremediation）国际会议在美 国圣地亚哥召开，出版了“in situ bioremediation”和
化学农药作为保障农业丰收的重要手段，在农 业生产中发挥着非常重要的作用。然而，由于人们 长期的不科学用药，剧毒、高残留、难降解农药的 大量使用，我们面临着不断增加的土壤、地下水和 大气农药污染的环境问题[1~3]。国家质检总局公布的 最新数据显示，目前我国农药年产量已达40万t，居 世界第2位（全世界12亿磅，1997年）。我国农业防 治约需农药25万t，而农药的利用率只有10%~20%， 其余进入农作物、土壤。2000年太湖流域农田土壤 中15种多氯联苯同系物检出率为100%，六六六、DDT 超标率为28%和24%，上海市郊区农田中的DDT含 量严重超标，南京市菜地土壤中六六六和DDT的检 出率为100%。据统计，我国被污染的土壤面积已达 到1300万~1600万hm2，经济损失达10亿元之巨。夏 威夷耕地土壤中同样也发现禁用了15年的七氯和七 氯环氧化物严重超标[4]。由此可见，世界各地土壤 中的农药污染问题已经到了非常严重的地步。
2001年联合国环境规划署（ UNEP）通过的《关 于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》列出了12 种优先控制持久性有机污染物（POPs），其中农药 占了9种（艾氏剂、六氯代苯、氯丹、灭蚁灵、狄氏 剂、毒杀芬、DDT、异狄氏剂、七氯）；另外，20 种被列为潜在持久性有机污染物中农药也占据了大 部分[5]。这些农药等持久性有机污染物质具有典型 的憎水亲脂特性，易吸附于土壤颗粒，在环境中长 期存在。土壤农药污染直接导致农产品中农药超标， 产品品质下降。据2000年国家质检总局数据，全国 47.5%的蔬菜农药残留超标，因农残超标被退回的出 口农产品金额来自74亿美元。另一方面，土壤中农药
DOI:10.13758/ki.tr.2004.06.001
土 壤 (Soils), 2004, 36 (6): 577~583
农药污染土壤的微生物修复研究进展①
李顺鹏 蒋建东
( 南京农业大学农业部农业环微生物工程重点开放实验室 南京 210095 )
摘 要 本文介绍了土壤中农药污染的现状与危害，总结了土壤农药污染的微生物修复的历史背景、研究 现状，重点介绍了降解农药的微生物与农药污染土壤微生物修复的研究进展，并总结了国内外微生物修复的产业 化现状，对土壤农药污染微生物修复进行了预测和展望，指出了需要进一步研究的领域。
①国家 ８６３ 项目（２００３ＡＡ２４１１５０）资助。
578
土
壤
第 36 卷
“on-site bioreclamation”两本论文集，标志着以生物 修复为核心的环境生物技术进入了一个全新的发展 时期。
微生物代谢方式丰富多样，底物范围广，从复 杂的有机大分子如纤维素、木质素甚至包括人造的 高聚化合物尼龙到简单无机小分子如 H2 和 CO2。作 为生态系统的重要成员，微生物必将在污染物的去 除中发挥重要的作用，成为生物修复中的主力军。
２ 降解农药的微生物及其研究
２．１ 降解农药的微生物
农药的微生物降解研究从最早的有机氯农药 DDT 开始已有几十年的历史。世界各国的科研工作 者分离筛选了大量的降解性微生物[10]，国内的研究 工作者也在这方面做了大量工作[11,12]，南京农业大 学分离鉴定了多株高效降解菌株[13~15]，建立了目前 我国农药微生物降解最大的菌株种质资源库。
that degrade various pesticides
农药 Acifluorfen 甲草胺 Aldicarb 阿特拉津 阿特拉津[ 呋喃丹 2-(1-甲基-正丙基) -4, 6-二硝基苯酚 2,4-D DDT 伏草隆 林丹 利谷隆 甲基对硫磷 对硫磷 Pendimethaline
敌稗
氟乐灵
微生物 Pseudomonas fluorescens Pseudomonas sp. Achromobacter sp. Pseudomonas sp. Rhodococcus sp. Achromobacter sp. Clostridium sp.
已报道的能降解农药的微生物包含细菌、真菌、 放线菌、藻类等,大多数来自于土壤微生物类群（表 1）。细菌由于其生化上的多种适用能力以及容易诱 发突变等特性从而占了主要的地位,其中假单胞菌 属菌株是最活跃的菌株，对多种农药等化合物有分
表１ 分离的降解农药的微生物［１６－ ２５］ Table 1 Examples of pure cultures of microorganisms
污染严重威胁到人和动物的健康，将通过食物链在 脂肪中积累，导致免疫系统、荷尔蒙、生殖系统疾 病和诱发癌症[6]。我国每年因农药残留急性毒性就 造成80多人的死亡和800多人中毒事件。农药残留导 致的间接的生态环境破坏的损失更加无法估量。
鉴于农药残留的持久性、农药施用的普遍性和农 药污染的严重性，土壤农药污染的修复成为必须解 决的重大问题，引起了众多科研工作者的高度关注。
１ 农药污染的微生物修复背景
农药污染的修复一般有物理、化学和生物修复 等方法，但通过像焚烧、填埋等物理-化学方法处理 被认为是逻辑上不可行、昂贵或是环境不友好的方 式 [7] 。 尽 管 矿 化 环 境 异 生 物 质 （ xenobiotic coumpounds）的微生物占总体微生物的比例并不很 大，然而对于像土壤和地下水污染的原位修复，应 用生物学的方法是非常具有潜力和竞争力的[8]。
早在 20 世纪 50 年代,Cornell 大学任教的 Martin Alexander 与他的学生就针对《寂静的春天》出版后 人们对环境中农药污染和残毒问题的关注而展开了 农药在土壤中可降解性的研究,为后来生物技术在 环境保护中的应用打下了坚实的基础。生物修复 （Bioremediation）是指利用微生物或其他生物将存 在于土壤、地下水和海洋中的有毒、有害污染物降 解为二氧化碳和水或转化为无害物质的系统，与物 理化学方法相比，被公认为是一种有效、安全、廉 价和无二次污染的方法[9]。1991 年 3 月，第一届原 位生物修复（in situ bioremediation）国际会议在美 国圣地亚哥召开，出版了“in situ bioremediation”和